江西省南昌市新建一中2020屆高考物理專題復習 專題五 帶電粒子在電場中的運動學案

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1、山西省南昌市新建一中2020屆高考物理專題復習 專題五 帶電粒子在電場中的運動學案 自主預習 知識點總結 一、洛侖茲力 1、公式：F＝qvBsinα(α為v與B的夾角) 2、特點：洛倫茲力F的方向既垂直于磁場B的方向，又垂直于運動電荷的速度v的方向，即F總是垂直于B和v所在的平面．故永遠不對運動電荷做功。 3、方向的判斷：左手定則 二、帶電粒子在勻強磁場中的運動公式 三、 兩種模型 1、組合場：即電場與磁場有明顯的界線,帶電粒子分別在兩個區(qū)域內做兩種不同的運動,即分段運動,該類問題運動過程較為復雜,但對于每一段運動又較為清晰易辨,往往這類問題的關鍵在于分段運動的

2、連接點時的速度,具有承上啟下的作用． 2、復合場：即在同一區(qū)域內同時有電場和磁場，些類問題看似簡單，受力不復雜，但仔細分析其運動往往比較難以把握。 四、 三種場力比較 電場 磁場 重力場 力的大小 ① F=qE ②與電荷的運動狀態(tài)無關，在勻強電場中,電場力為恒力。 與電荷的運動狀態(tài)有關， ①電荷靜止或v∥B時，不受f洛， ② v⊥B時洛侖茲力最大 f洛= q B v ①G=mg ②與電荷的運動狀態(tài)無關 力的方向 正電荷受力方向與E方向相同，(負電荷受力方向與E相反)。 f洛方向⊥(B和v)所決定的平面，(可用左手定則判定) 總是豎直向下 力做功特點

3、做功多少與路徑無關，只取決于始末兩點的電勢差， W=q UAB=ΔE f洛對電荷永不做功，只改變電荷的速度方向，不改變速度的大小 做功多少與路徑無關，只取決于始末位置的高度差， W=mgh=ΔEp 高考體驗 3、（09）如圖所示，在x軸上關于原點O對稱的兩點固定放置等量異種點電荷+Q和-Q，x軸上的P點位于-Q的右側。下列判斷正確的是（ ） A.在x軸上還有一點與P點電場強度相同 B.在x軸上還有兩點與P點電場強度相同 C.若將一試探電荷+q從P點移至O點，電勢能增大 D.若將一試探電荷+q從P點移至O點，電勢能減小 4、（10）某電場的電場

4、線分布如圖所示，以下說法正確的是（ ） A. 點場強大于點場強 B. 點電勢高于點電勢 C.若將一試探電荷+由點釋放，它將沿電場線運動b點 D.若在點再固定一點電荷-Q，將一試探電荷+q由移至b的過程中，電勢能減小 5、(11)如圖所示，在兩等量異種點電荷的電場中，MN為兩電荷連線的中垂線，a、b、c三點所在直線平行于兩電荷的連線，，且a與c關于MN對稱，b點位于MN上，d點位于兩電荷的連線上。以下判斷正確的是（ ） A、 b點場強大于d點場強 B、 B點場強小于d點場強 C、 a、b兩點的電勢差等于b、c兩點間的電勢差 D、 試探電荷+

5、q在a點的電勢能小于在c點的電勢能 6、（12）圖中虛線為一組間距相等的同心圓，圓心處固定一帶正電的點電荷。一帶電粒子以一定初速度射入電場，實線為粒子僅在電場力作用下的運動軌跡，a、b、c三點是實線與虛線的交點。則該粒子（　　　　） Ａ、帶負電 Ｂ、在c點受力最大 Ｃ、在b點的電勢能大于在c點的電勢能 Ｄ、由a點到b點的動能變化大于由b點到c點的動能變化 合作探究 1、如圖4－1－1所示，在點電荷Q產(chǎn)生的電場中，將兩個帶正電的試探電荷q1、q2分別置于A、B兩點，虛線為等勢線．取無窮遠處為零電勢點，若將q1、q2移動到無窮遠的過程中外力克服電場力做的功相等，則下列說法正確的是

6、(　　) A．A點電勢大于B點電勢 B．A、B兩點的電場強度相等 C．q1的電荷量小于q2的電荷量 D．q1在A點的電勢能小于q2在B點的電勢能 2、板間距為d的平行板電容器所帶電荷量為Q時，兩極板間電勢差為U1，板間場強為E1，現(xiàn)將電容器所帶電荷量變?yōu)?Q，板間距變?yōu)閐，其他條件不變，這時兩極板間電勢差為U2，板間場強為E2，下列說法正確的是(　　) A．U2＝U1，E2＝E1 B．U2＝2U1，E2＝4E1 C．U2＝U1，E2＝2E1 D．U2＝2U1，E2＝2E1 3、如圖4－2－2所示，圓形區(qū)域內有垂直于紙面向里的勻強磁場，一個帶電粒子以速度v從A點沿直徑

7、AOB方向射入磁場，經(jīng)過Δt時間從C點射出磁場，OC與OB成60°角．現(xiàn)將帶電粒子的速度變?yōu)椋詮腁點沿原方向射入磁場，不計重力，則粒子在磁場中的運動時間變?yōu)?　　) A.Δt　　　　　　　B．2Δt C.Δt D．3Δt 4、一平行板電容器長l＝10 cm，寬a＝8 cm，板間距d＝4 cm，在板左側有一足夠長的“狹縫”離子源，沿著兩板中心平面，連續(xù)不斷地向整個電容器射入離子，它們的比荷均為2×1010 C/kg，速度均為4×106 m/s，距板右端l/2處有一足夠大的屏，如圖4－1－8甲所示，如果在平行板電容器的兩極板間接上如圖4－1－8乙所示的交流電，

8、由于離子在電容器中運動所用的時間遠小于交流電的周期，故離子通過電場的時間內電場可視為勻強電場．試求： (1)離子打在屏上的區(qū)域面積； (2)在一個周期內，離子打到屏上的時間． 5、如圖4－2－5所示，直線OA與y軸成θ＝30°角，在AOy范圍內有沿y軸負方向的勻強電場，在AOx范圍內有一個矩形區(qū)域的勻強磁場．該磁場區(qū)域的磁感應強度B＝0.2 T，方向垂直紙面向里．一帶電微粒電荷量q＝＋2×10－14 C，質量m＝4×10－20 kg，微粒在y軸上的某點以速度v0垂直于y軸進入勻強電場，并以速度v＝3×104 m/s垂直穿過直線OA，運動中經(jīng)過矩形磁場區(qū)域后，最

9、終又垂直穿過x軸．不計微粒重力，求：(結果保留兩位有效數(shù)字) (1)帶電微粒進入電場時的初速度v0多大； (2)帶電微粒在磁場中做圓周運動的半徑； (3)畫出粒子運動軌跡圖并求出最小矩形 磁場區(qū)域的長和寬． 6、如圖4－2－9所示，半圓有界勻強磁場的圓心O1在x軸上，OO1距離等于半圓磁場的半徑，磁感應強度大小為B1.虛線MN平行x軸且與半圓相切于P點．在MN上方是正交的勻強電場和勻強磁場，電場場強大小為E，方向沿x軸負向，磁場磁感應強度大小為B2。B1、B2均垂直紙面，方向如圖所示．有一群相同的正粒子，以相同的速率沿不同方向從原點O射入第Ⅰ象限，其中沿x軸正

10、方向進入磁場的粒子經(jīng)過P點射入MN后，恰好在正交的電磁場中做直線運動，粒子質量為m，電荷量為q(粒子重力不計)． (1)求粒子初速度大小和有界半圓磁場的半徑； (2)若撤去磁場B2，求經(jīng)過P點射入電場的粒子從y軸出電場時的坐標； (3)試證明：題中所有從原點O進入第Ⅰ象限的粒子都能在正交的電磁場中做直線運動． 鞏固練習 1.電場中等勢面如圖4－1－2所示，下列關于該電場描述正確的是(　　) A．A點的電場強度比C點的小 B．負電荷在A點的電勢能比C點的電勢能大 C．電荷沿等勢面AB移動過程中，電場力始終不做功 D．正電荷由A移到C，電場力做負功 2、

11、如圖4－1－4所示，豎直平面內的同心圓是一點電荷在真空中形成電場的一簇等勢線，一帶正電的小球從A點靜止釋放，沿直線到達C點時速度為零，以下說法正確的是(　　) A．此點電荷為負電荷 B．場強EA＞EB＞EC C．電勢φA＞φB＞φC D．小球在A點的電勢能小于在C點的電勢能 3、一充電后的平行板電容器保持兩極板的正對面積、間距和電荷量不變，在兩極板間插入一電介質，其電容C和兩極板間的電勢差U的變化情況是(　　) A．C和U均增大　　　　　　　B．C增大，U減小 C．C減小，U增大 D．C和U均減小 4、如圖4－1－5所示，平行板電容器的兩極板A、B接

12、在電池的兩極，一帶正電的小球懸掛在電容器的內部，閉合開關S，給電容器充電，穩(wěn)定后懸線偏離豎直方向的夾角為θ，則(　　) A．若保持開關S閉合，A板向B板靠近，則θ增大 B．若保持開關S閉合，A板向B板靠近，則θ不變 C．若開關S斷開，A板向B板靠近，則θ不變 D．若開關S斷開，A板向B板靠近，則θ增大 5、如圖4－1－9，平行板電容器的兩個極板與水平地面成一角度，兩極板與一直流電源相連．若一帶電粒子恰能沿圖中所示水平直線通過電容器，則在此過程中，該粒子(　　) A．所受重力與電場力平衡 B．電勢能逐漸增加 C．動能逐漸增加 D．做勻變速直線運動 6、如圖4－1－10所示

13、，有一足夠寬的勻強電場，電場強度大小為E，方向豎直向下．從電場中的某點O，以大小不同的速率沿同一水平方向射出若干個質量為m，帶電荷量為＋q的相同帶電粒子，不計粒子重力及相互間的影響．當每個粒子的動能增大到各自初動能的3倍時的位置分別記為P1、P2、P3…則P1、P2、P3…的連線形狀為(　　) A．一個圓 B．一條直線 C．一條拋物線 D．不規(guī)則的曲線 7、質量和電荷量都相等的帶電粒子M和N，以不同的速率經(jīng)小孔S垂直進入勻強磁場，運行的半圓軌跡如圖4－2－3中虛線所示．下列表述正確的是(　　) A．M帶負電，N帶正電 B．M的速率小于N的速率 C．洛倫茲力對M、N做正功

14、D．M的運行時間大于N的運行時間 8、處于勻強磁場中的一個帶電粒子，僅在磁場力作用下做勻速圓周運動．將該粒子的運動等效為環(huán)形電流，那么此電流值(　　) A．與粒子電荷量成正比 B．與粒子速率成正比 C．與粒子質量成正比 D．與磁感應強度成正比 9、如圖4－2－4所示，兩個橫截面分別為圓形和正方形的區(qū)域內有磁感應強度相同的勻強磁場，圓的直徑和正方形的邊長相等，兩個電子以相同的速度分別飛入兩個磁場區(qū)域，速度方向均與磁場方向垂直，進入圓形磁場的電子初速度方向對準圓心；進入正方形磁場的電子初速度方向垂直于邊界，從中點進入．則下面判斷正確的是(　　) A．兩電子在兩磁場中運動時，其半徑

15、一定相同 B．兩電子在兩磁場中運動的時間一定不相同 C．進入圓形磁場區(qū)域的電子一定先飛離磁場 D．進入圓形磁場區(qū)域的電子一定不會后飛離磁場 10、如圖4－2－6所示，兩導體板水平放置，兩板間電勢差為U，帶電粒子以某一初速度v0沿平行于兩板的方向從兩板正中間射入，穿過兩板后又垂直于磁場方向射入邊界線豎直的勻強磁場，則粒子射入磁場和射出磁場的M、N兩點間的距離d隨著U和v0的變化情況為(　　) A．d隨v0增大而增大，d與U無關 B．d隨v0增大而增大，d隨U增大而增大 C．d隨U增大而增大，d與v0無關 D．d隨v0增大而增大，d隨U增大而減小 11、磁流體發(fā)電機可

16、以把氣體的內能直接轉化為電能，是一種低碳環(huán)保發(fā)電機，有著廣泛的發(fā)展前景，其發(fā)電原理示意圖如圖4－2－10所示，將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和負電的微粒，整體上呈電中性)噴射入磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場區(qū)域有兩塊面積為S、相距為d的平行金屬板與外電阻R相連構成一電路．設氣流的速度為v，氣體的電導率(電阻率的倒數(shù))為g，則(　　) A．兩板間的電勢差為U＝Bdv B．下板是電源的正極，上板是電源的負極 C．流經(jīng)R的電流為I＝ D．流經(jīng)R的電流為I＝ 12、如圖4－2－11所示，兩塊水平放置、相距為d的長金屬板接在電壓可調的電源上．兩板之間的右側區(qū)域存在方向垂直紙面向里的勻強磁場．將噴墨打印機的噴口靠近上板下表面，從噴口連續(xù)不斷噴出質量均為m、水平速度均為v0、帶相等電荷量的墨滴．調節(jié)電源電壓至U，墨滴在電場區(qū)域恰能沿水平向右做勻速直線運動；進入電場、磁場共存區(qū)域后，最終垂直打在下板的M點． (1)判斷墨滴所帶電荷的種類，并求其電荷量； (2)求磁感應強度B的值； (3)現(xiàn)保持噴口方向不變，使其豎直下移到兩板中間的位置．為了使墨滴仍能到達下板M點，應將磁感應強度調至B′，則B′的大小為多少？